Arduino應用開發(fā)——LCD顯示圖片

LCD是項目中比較常用的外設，基于Arduino開發(fā)有個好處就是它很多相關(guān)的庫可用，這對于項目的開發(fā)或者前期的方案驗證來說是非常方便的，缺點是靈活性較差。Arduino支持很多硬件，我們這一講主要基于ESP8266和ESP32來講解圖片的顯示。

1 硬件介紹

1.1 硬件配置

本文的硬件配置如下：

注：我這里以ESP8266和ESP32為例講解，實際上根據(jù)自己的MCU選擇一種即可，方法和原理都是一樣的。

1.2 硬件連接

ESP8266接線如下：

ESP32接線如下：

2 開發(fā)環(huán)境搭建

2.1 安裝開發(fā)板

關(guān)于ESP8266和ESP32的Arduino環(huán)境搭建我之前出過教程了，這里就不多說了，不懂的同學可以先看下我之前的博客。
esp8266開發(fā)入門教程(基于Arduino)——環(huán)境安裝
ESP32-S2 Arduino開發(fā)環(huán)境搭建

2.2 安裝庫

打開Arduino IDE，依次打開 工具 -> 管理庫…
在搜索框輸入需要安裝的庫名稱，找到對應的庫，點擊安裝即可。

本文需要使用的Arduino庫如下：

3 LCD驅(qū)動的使用和測試

LCD驅(qū)動的方式一般是用SPI、并口或者IIC，我這里是以SPI為例。我之前也發(fā)布過一篇關(guān)于LCD驅(qū)動講解的博客，有什么不懂的話也可以去看一下。
esp8266應用教程——TFT LCD

3.1 修改TFT_eSPI庫基礎配置

安裝好TFT_eSPI庫之后需要根據(jù)自己電路實際的情況配置底層接口。

Arduino安裝的庫一般在C盤文檔目錄下，如：C:UsersxxxDocumentsArduinolibraries （xxx是你電腦的用戶名）

找到TFT_eSPI文件夾，打開User_Setup.h文件，修改以下幾項參數(shù)。

1）驅(qū)動IC

根據(jù)自己使用的LCD驅(qū)動IC打開對應的宏。注意這些驅(qū)動只能選擇一個打開，不用的要注釋掉。

2）RGB數(shù)據(jù)格式

RGB格式指的是像素點顏色數(shù)據(jù)的排列方式，一般就BGR和RGB兩種，區(qū)別其實就是數(shù)據(jù)高位在前還是低位在前，這個主要是用于圖片顯示，要用哪種格式主要是看你要顯示的內(nèi)容是怎么排的，不確定的話可以先不改，調(diào)試的時候如果顏色不對的話再換過來就好了。

3）像素

根據(jù)自己屏幕的像素修改，也可以先不改，直接在后面應用的時候再改。

4）GPIO

根據(jù)自己的電路設置引腳，除了幾個必要的引腳，有些引腳可以不配置，如：RST可以通過硬件和MCU的RST接到一起，軟件配置成-1即可。BL背光也可以硬件直接控制。

還有像ESP8266也可以不自定義SPI的幾個引腳，它默認用的就是ESP8266硬件SPI的接口，你的接線保持一致即可。

注意：相同的GPIO定義只能打開一個，默認有些打開了的要注釋掉。

特別說明：如果你用的是ESP32，TFT_eSPI建議使用2.4.0以上版本，因為之前的版本關(guān)于ESP32的引腳定義是分成HSPI和VSPI的，默認使用VSPI，如果要用HSPI要打開USE_HSPI_PORT定義，但是這套框架兼容性不強，不適用于ESP32-S2和ESP32-C2，而2.4.0以上版本取消了這個定義，直接都按引腳號來定義，這樣一來就不用區(qū)分HSPI和VSPI了。

esp8266的引腳如下圖所示，esp32的我就不貼出來了，都是差不多的。

5）字庫

TFT_eSPI自帶的這些字庫你可以直接用，如果你有自己的字庫不用這里的話也可以注釋掉。flash空間足夠的情況下，這點代碼加不加都沒關(guān)系。

6）SPI通訊速率

SPI通訊速率一般默認即可，默認的這個速率一般是足夠了的，如果需要更快的話可以自己修改。

7）ESP32的特殊定義

TFT_eSPI舊版本關(guān)于ESP32的SPI接口是分為HSPI和VSPI兩種的，默認使用VSPI，如果要用HSPI要打開USE_HSPI_PORT定義，如果你只是用ESP32，那這個框架是沒什么問題的。

但是我之前因為項目需要從ESP32改用ESP32-S2，結(jié)果發(fā)現(xiàn)ESP32-S2就沒有HSPI和VSPI，所有接口都是FSPI，于是我就要把底層很多東西都改掉才能正常使用。

不過現(xiàn)在TFT_eSPI庫2.4.0以上版本就已經(jīng)把這個問題改掉了，兼容了ESP32-S2和ESP-C3，取消了USE_HSPI_PORT這個定義，SPI接口都以GPIO引腳號來定義。

所以，我建議都用新版本的庫吧，兼容性更好，也不用去考慮用HSPI還是VSPI。

3.2 LCD驅(qū)動測試

TFT_eSPI庫配置好了之后可以先燒錄一個簡單的程序測試一下硬件和代碼是否能正常運行。

PS：當然，到了后面把圖片數(shù)據(jù)做好直接顯示圖片也是可以的。

#include <SPI.h>
#include <TFT_eSPI.h>

TFT_eSPI tft = TFT_eSPI(); 

void setup() 
{
  Serial.begin(115200);
  tft.begin();
  tft.setRotation(0);
  tft.fillScreen(TFT_BLACK);
}

void loop()
{
    tft.fillScreen(TFT_GREEN);
    delay(1000);
    tft.fillScreen(TFT_BLUE);
    delay(1000);
    tft.fillScreen(TFT_RED);
    delay(1000);
}

4 制作圖片數(shù)據(jù)

圖片數(shù)據(jù)可以按位圖的形式保存和顯示，也可以按jpg格式保存。區(qū)別在于位圖的方式占用的內(nèi)存都是固定的，只跟像素大小有關(guān)，而相同像素下jpg的內(nèi)存一般要更小，具體占用的內(nèi)存大小跟圖片的色彩復雜度有關(guān)，但是jpg的缺點是需要解碼，而位圖數(shù)據(jù)則不需要解碼。

兩種方式都可以選，根據(jù)自己的需求來用就行了。位圖的話直接用TFT_eSPI庫就行了，而jpg格式還需要使用JPEGDecoder庫解碼。

4.1 制作圖片素材

網(wǎng)上隨便找一張圖片，借助WIN10自帶圖片編輯器或者其他圖片處理軟件把圖片處理一下，裁剪出自己想要顯示的內(nèi)容之后，再把分辨率調(diào)整成適合的大小，圖片以jpg，bmp或者其他格式保存都是可以的。

4.2 生成圖片數(shù)據(jù)

我們可以借助一些工具來實現(xiàn)圖片到數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。我們的數(shù)據(jù)要以C語言數(shù)組的形式存儲，像素顏色數(shù)據(jù)以16進制的形式保存。

4.2.1 位圖數(shù)據(jù)生成方法

位圖數(shù)據(jù)的工具很多，比如：Img2Lcd，lcd-image-converter等。
工具可以在下面的鏈接下載，也可以在網(wǎng)上自己查找。
工具鏈接：https://pan.baidu.com/s/1f2rgD1a9PY-_hboPdbfaow
提取碼：4h6h

1）Img2Lcd使用方法

打開一張圖片。
設置配置如下：
輸出數(shù)據(jù)類型：C語言數(shù)組
掃描方式：水平掃描
輸出灰度：16位真彩色
最大寬度和高度：自定義

下面的幾個選項只勾選“高位在前(MSB First)”即可。（說明一下：高位在前的意思是指數(shù)據(jù)以GBR方式導出，如果不勾選的話則是以RGB方式導出，用哪種其實取決于你后面顯示圖片的那個函數(shù)處理數(shù)據(jù)的方式，保持一致即可。）

配置好參數(shù)之后點擊保存，以.h文件保存即可。保存好這個頭文件，后面會用到。

保存的這個頭文件數(shù)據(jù)格式如下：

這個數(shù)組的定義我們可以改一下，因為圖片的數(shù)據(jù)一般比較多，全部用RAM來存的話內(nèi)存可能不足，所以我們可以把這些數(shù)據(jù)存放到flash里面。

修改定義之前：

const unsigned char gImage_demo_image1[115200] = { /* 0X10,0X10,0X00,0XF0,0X00,0XF0,0X01,0X1B, */

修改定義之后：

#ifndef PROGMEM
#define PROGMEM
#endif
const uint8_t gImage_demo_image1[115200] PROGMEM = { /* 0X10,0X10,0X00,0XF0,0X00,0XF0,0X01,0X1B, */

PROGMEM的用法具體我就不說了，不懂的可以自己去查。

2）lcd-image-converter使用方法

打開一張圖片，點擊 Options -> Conversion…

參數(shù)配置好了之后點擊"Show Preview"即可看到圖片轉(zhuǎn)換后的位圖數(shù)據(jù)。

這個軟件不能直接生成頭文件，需要自己另外新建一個頭文件，然后定義一個數(shù)組，再把這些數(shù)據(jù)拷貝進去。

4.2.2 JPEG格式圖片數(shù)據(jù)生成方法

我這里用的轉(zhuǎn)換工具是在GitHub上面找到的一個代碼，你們想要的話可以在下面的鏈接下載。這個工具使用起來稍微有點麻煩，如果你有更好的工具也可以推薦給博主。

工具鏈接：https://pan.baidu.com/s/1f2rgD1a9PY-_hboPdbfaow
提取碼：4h6h

運行方法如下：

第一步：把要轉(zhuǎn)換的圖片放到這個工具的目錄下。

第二步：打開電腦的運行窗口（win10可以使用win+R快捷鍵），輸入“cmd”打開命令窗口。

第三步：在命令窗口中輸入跳轉(zhuǎn)命令，跳轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)換工具所在的目錄下。

例如：

cd C:UserszDesktop圖片處理工具image_to_cdistWindows

第四步：運行應用程序。

格式：應用程序名+空格+圖片名+空格+>+空格+轉(zhuǎn)換后的文件名。
例如：

image_to_c64.exe demo-image1.jpg > demo-image1.h

運行成功的話就會生成相應的頭文件。

5 編寫應用程序

使用Arduino IDE新建并保存一個工程，把圖片數(shù)據(jù)(.h文件)放到工程目錄下。然后編寫應用代碼。

示例代碼如下：

特別說明：該代碼是用ESP32-S2進行測試的，ESP32和ESP8266我之前也調(diào)試過，不是下面的這個代碼，不過寫法基本都是一樣的。主要是TFT_eSPI庫的引腳改一下即可。

本文所用源碼和圖片素材都上傳到云盤了，可以在文章底部鏈接下載。

#include <SPI.h>
#include <TFT_eSPI.h>
// #include "Arduino.h"

#ifdef ESP8266
#include <avr/pgmspace.h>
#else
#include <pgmspace.h>
#endif

// 圖片位圖數(shù)據(jù)，注意：下面這幾個只是示例文件，而且都是240x240分辨率的圖片，內(nèi)存比較大，如果你用的FLASH內(nèi)存不足的話編譯會出錯
#include "demo_image1.h"
#include "demo_image2.h"
#include "demo_image3.h"
#include "test_image.h"

// #define JPEG_ENABLE   // 打開該宏使用JPEG解碼

TFT_eSPI tft = TFT_eSPI(); 

// JPEG圖片顯示相關(guān)函數(shù)
#ifdef JPEG_ENABLE
// JPEG decoder library
#include <JPEGDecoder.h>
#include "demo_jpg1.h"
#include "demo_jpg2.h"
#include "demo_jpg3.h"

// Return the minimum of two values a and b
#define minimum(a,b)     (((a) < (b)) ? (a) : (b))

//####################################################################################################
// Draw a JPEG on the TFT pulled from a program memory array
//####################################################################################################
void drawArrayJpeg(const uint8_t arrayname[], uint32_t array_size, int xpos, int ypos) {

  int x = xpos;
  int y = ypos;

  JpegDec.decodeArray(arrayname, array_size);
  
  jpegInfo(); // Print information from the JPEG file (could comment this line out)
  
  renderJPEG(x, y);
  
  Serial.println("#########################");
}

//####################################################################################################
// Draw a JPEG on the TFT, images will be cropped on the right/bottom sides if they do not fit
//####################################################################################################
// This function assumes xpos,ypos is a valid screen coordinate. For convenience images that do not
// fit totally on the screen are cropped to the nearest MCU size and may leave right/bottom borders.
void renderJPEG(int xpos, int ypos) {

  // retrieve infomration about the image
  uint16_t *pImg;
  uint16_t mcu_w = JpegDec.MCUWidth;
  uint16_t mcu_h = JpegDec.MCUHeight;
  uint32_t max_x = JpegDec.width;
  uint32_t max_y = JpegDec.height;

  // Jpeg images are draw as a set of image block (tiles) called Minimum Coding Units (MCUs)
  // Typically these MCUs are 16x16 pixel blocks
  // Determine the width and height of the right and bottom edge image blocks
  uint32_t min_w = minimum(mcu_w, max_x % mcu_w);
  uint32_t min_h = minimum(mcu_h, max_y % mcu_h);

  // save the current image block size
  uint32_t win_w = mcu_w;
  uint32_t win_h = mcu_h;

  // record the current time so we can measure how long it takes to draw an image
  uint32_t drawTime = millis();

  // save the coordinate of the right and bottom edges to assist image cropping
  // to the screen size
  max_x += xpos;
  max_y += ypos;

  // read each MCU block until there are no more
  while (JpegDec.readSwappedBytes()) {
	  
    // save a pointer to the image block
    pImg = JpegDec.pImage ;

    // calculate where the image block should be drawn on the screen
    int mcu_x = JpegDec.MCUx * mcu_w + xpos;  // Calculate coordinates of top left corner of current MCU
    int mcu_y = JpegDec.MCUy * mcu_h + ypos;

    // check if the image block size needs to be changed for the right edge
    if (mcu_x + mcu_w <= max_x) win_w = mcu_w;
    else win_w = min_w;

    // check if the image block size needs to be changed for the bottom edge
    if (mcu_y + mcu_h <= max_y) win_h = mcu_h;
    else win_h = min_h;

    // copy pixels into a contiguous block
    if (win_w != mcu_w)
    {
      uint16_t *cImg;
      int p = 0;
      cImg = pImg + win_w;
      for (int h = 1; h < win_h; h++)
      {
        p += mcu_w;
        for (int w = 0; w < win_w; w++)
        {
          *cImg = *(pImg + w + p);
          cImg++;
        }
      }
    }

    // draw image MCU block only if it will fit on the screen
    if (( mcu_x + win_w ) <= tft.width() && ( mcu_y + win_h ) <= tft.height())
    {
      tft.pushRect(mcu_x, mcu_y, win_w, win_h, pImg);
    }
    else if ( (mcu_y + win_h) >= tft.height()) JpegDec.abort(); // Image has run off bottom of screen so abort decoding
  }

  // calculate how long it took to draw the image
  drawTime = millis() - drawTime;

  // print the results to the serial port
  Serial.print(F(  "Total render time was    : ")); Serial.print(drawTime); Serial.println(F(" ms"));
  Serial.println(F(""));
}

//####################################################################################################
// Print image information to the serial port (optional)
//####################################################################################################
void jpegInfo() {
  Serial.println(F("==============="));
  Serial.println(F("JPEG image info"));
  Serial.println(F("==============="));
  Serial.print(F(  "Width      :")); Serial.println(JpegDec.width);
  Serial.print(F(  "Height     :")); Serial.println(JpegDec.height);
  Serial.print(F(  "Components :")); Serial.println(JpegDec.comps);
  Serial.print(F(  "MCU / row  :")); Serial.println(JpegDec.MCUSPerRow);
  Serial.print(F(  "MCU / col  :")); Serial.println(JpegDec.MCUSPerCol);
  Serial.print(F(  "Scan type  :")); Serial.println(JpegDec.scanType);
  Serial.print(F(  "MCU width  :")); Serial.println(JpegDec.MCUWidth);
  Serial.print(F(  "MCU height :")); Serial.println(JpegDec.MCUHeight);
  Serial.println(F("==============="));
}

//####################################################################################################
// Show the execution time (optional)
//####################################################################################################
// WARNING: for UNO/AVR legacy reasons printing text to the screen with the Mega might not work for
// sketch sizes greater than ~70KBytes because 16 bit address pointers are used in some libraries.

// The Due will work fine with the HX8357_Due library.

void showTime(uint32_t msTime) {
  //tft.setCursor(0, 0);
  //tft.setTextFont(1);
  //tft.setTextSize(2);
  //tft.setTextColor(TFT_WHITE, TFT_BLACK);
  //tft.print(F(" JPEG drawn in "));
  //tft.print(msTime);
  //tft.println(F(" ms "));
  Serial.print(F(" JPEG drawn in "));
  Serial.print(msTime);
  Serial.println(F(" ms "));
}
#endif

void setup() 
{
  Serial.begin(115200);
  tft.begin();
  tft.setRotation(0);
  tft.fillScreen(TFT_BLACK);
}

void loop()
{
#if 1
  tft.pushImage(0, 0, 240, 240, (uint16_t*)test_image);
  delay(1000);
  tft.pushImage(0, 0, 240, 240, (uint16_t*)gImage_demo_image1);
  delay(1000);
  tft.pushImage(0, 0, 240, 240, (uint16_t*)gImage_demo_image2);
  delay(1000);
  tft.pushImage(0, 0, 240, 240, (uint16_t*)gImage_demo_image3);
  delay(1000);
#endif

#ifdef JPEG_ENABLE
  drawArrayJpeg(demo_image1, sizeof(demo_image1), 0, 0);
  delay(1000);
  drawArrayJpeg(demo_image2, sizeof(demo_image2), 0, 0);
  delay(1000);
  drawArrayJpeg(demo_image3, sizeof(demo_image3), 0, 0);
  delay(1000);
#endif
}

6 測試驗證

4張圖片間隔輪1秒流播放的效果如下，手機拍屏幕會有很大的色差，這個沒辦法，將就著看吧，反正上面例程效果大概就是這樣的。不管是用位圖數(shù)據(jù)顯示還是jpg格式顯示，最終的結(jié)果是一樣的。

結(jié)束語

這一講簡單介紹了在Arduino環(huán)境下使用LCD顯示圖片，主要介紹了位圖和JPEG格式的顯示，其他格式比如PNG其實也是可以解碼的，不過這里就不再講解了，感興趣的同學自己去找相應的庫吧。整個流程總的來說還是不難的，把驅(qū)動調(diào)好之后直接凋庫顯示就完了。如果還有什么問題，歡迎在評論區(qū)留言或者私信給我。

想要源代碼或者圖片處理工具的自行下載：
鏈接：https://pan.baidu.com/s/1f2rgD1a9PY-_hboPdbfaow
提取碼：4h6h

Arduino開發(fā)教程匯總:
https://blog.csdn.net/ShenZhen_zixian/article/details/121659482